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Auf dem Weg zu intelligenten Mikrorobotern

Auf dem Weg zu intelligenten Mikrorobotern
Laura Heyderman (links) und Tian-Yun Huang (Mitte) betrachten ein Modell des Origami-Vogels, während Jizhai Cui den echten Mikroroboter unter einem Mikroskop beobachtet. Was er dort sehen kann, zeigt das Video, das die Forschenden gemacht haben.
Paul Scherrer Institut/Mahir Dzambegovic

Forschende des Paul-Scherrer-Instituts haben einen Vogel-ähnlichen Mikroroboter entwickelt, der mit Magnetsteuerung verschiedene Bewegungen ausführen kann. Das Experiment wird als wichtiger Schritt in der Entwicklung von Mikrorobotern gesehen.

Forschende vom Paul Scherrer Institut (PSI) und der ETH Zürich haben eine Mikromaschine entwickelt, die sich dank Nanomagneten in den Bauteilen bewegen lässt. Das Konstrukt erinnere an einen Origami-Vogel und messe nur wenige Mikrometer, wie die beiden Institute am Mittwoch mitteilten

Die Nanomagnete lassen sich so programmieren, dass sie eine bestimmte magnetische Ausrichtung annehmen würden. Wenn die programmierten Nanomagnete dann einem Magnetfeld ausgesetzt sind, wirken spezifische Kräfte auf sie. Befinden sich diese Magnete in flexiblen Bauteilen, dann führen die auf sie wirkenden Kräfte zu einer Bewegung.

Nanomagnete programmieren

Für den Bau eines Mikroroboters platzierten die Forschenden Reihen von Kobaltmagneten auf dünnen Schichten von Siliziumnitrid. Der «Vogel» aus diesem Material konnte verschiedene Bewegungen ausführen, beispielsweise flattern, rütteln, sich umdrehen oder zur Seite gleiten.

«Diese Bewegungen des Mikroroboters spielen sich im Bereich von Millisekunden ab», sagt Laura Heyderman, Leiterin des Labors für Multiskalen Materialien Experimente am PSI und Professorin an der ETH Zürich. «Das Programmieren der Nanomagnete geschieht dagegen innerhalb weniger Nanosekunden.»

Das ermöglicht, unterschiedliche Bewegungen zu programmieren. Bezogen auf das Modell des Mikrovogels bedeutet das, dass man ihn beispielsweise zunächst flattern, anschliessend zur Seite gleiten und dann wieder flattern lassen kann. «Wenn nötig, könnte man ihn dazwischen auch mal rütteln lassen», sagt Heyderman.

Intelligente Mikroroboter

Das Konzept sei ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu Mikro- und Nanorobotern, die nicht nur Informationen für eine einzelne bestimmte Aktion speichern, sondern immer wieder neu programmiert werden können, um verschiedene Aufgaben zu erfüllen.

«Es ist vorstellbar, dass in der Zukunft eine autonome Mikromaschine durch menschliche Blutgefässe navigiert und biomedizinische Aufgaben wie das Abtöten von Krebszellen übernimmt», erklärt Bradley Nelson, Leiter des Departments Maschinenbau und Verfahrenstechnik der ETH Zürich.

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Autor

Pressedienst pd

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